Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии 


Теплопередача. Основы расчета теплообменных аппаратов




Теплопередача в теплообменниках. Основные схемы движения и теплообмена потоков теплоносителей. Теплоносители, их основные характеристики. Требования, предъявляемые к теплоносителям. Уравнения для теплового потока и средней, разности температур любой схемы теплообмена; ложный теплообмен. Методы интенсификации теплопередачи. Назначение, классификация и схемы теплообменных аппаратов. Принцип расчета теплообменных аппаратов. Конструктивный и поверочный тепловые расчеты теплообменных аппаратов. Применение ЭВМ для решения задач, расчета, моделирования и оптимизации процессов теплообмена.

Вопросы для самопроверки.

1. Чем отличается теплопередача от теплоотдачи?

2. Как по графику t=f(R), где R – термическое сопротивление, определить температуру стенок?

3. При какой из коэффициентов теплоотдачи следует увеличить для увеличения коэффициента теплопередачи К?

4. Какие виды теплообменных аппаратов вы знаете?

5. Где применяют рекуперативные теплообменники?

6. На основе каких исходных уравнений построено определение поверхности рекуперативных теплообменников?

 

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

Топливо, основы теории горения и топочные устройства

Виды сжигаемого топлива и их характеристики. Классификация топлив. Перспективы применения различных топлив в промышленности. Твердое и жидкое топлива и их основные характеристики. Элементарный состав топлива. Теплота сгорания. Газообразное топливо и его основные характеристики. Условное топливо.

Вопросы для самопроверки:

1. Каков элементарный состав твердого и жидкого топлив? Что такое органическая, горячая, сухая и рабочая масса топлива? Как проводится пересчет состава топлива из одной массы в другую? Назовите основные характеристики твердого топлива.

2. В чем разница между высшей и низшей теплотой сгорания?

3. Назовите основные виды жидкого топлива. Каковы его основные характеристики?

4. Какие газы входят в состав природных газов? Каковы характерные особенности природного газа как топлива?

5. Что такое топливо?

Промышленные котельные установки

Основные понятия. Котлы паровые и водогрейные: классификация и устройство. Теплоносители. Современные парогенераторы.

Вспомогательные поверхности нагрева (пароперегреватели, водяные экономайзеры, воздухоподогреватели).

Вопросы для самопроверки:

1. Приведите классификацию котельных установок по паропроизводительности, параметрам пара и организации движения пароводяной смеси в котлоагрегате.

2. Из каких основных элементов состоит котельная установка?

3. Приведите уравнение теплового баланса котлоагрегата, дайте характеристику и примерные значения его составляющих; укажите, от чего они зависят. Чем отличается КПД брутто от КПД нетто?

Паровые турбины

1. Паровые турбины. Работа пара в турбине.

2. Газовые турбины.

Вопросы для самопроверки:

1. Изобразите схему реактивной ступени, покажите треугольники скоростей пара на входе и выходе из рабочего колеса.

Двигатели внутреннего сгорания

Классификация и общие сведения о поршневых ДВС. Классификация ДВС. Тепловой расчет поршневых ДВС.

Индикаторная мощность двигателя. Механические потери и их распределение. Затрата энергии на работу вспомогательных механизмов. Эффективная мощность. Механический и эффективный коэффициенты полезного действия.

Вопросы для самопроверки:

1. По каким признакам классифицируются поршневые ДВС?

2. Опишите рабочие процессы карбюраторных и дизельных двигателей, назовите значение характерных параметров. Каковы достоинства и недостатки обоих типов двигателей, их область применения?

3. Каковы функции карбюратора на двигателе? Как обеспечивается высокое качество распыления топлива у современных дизелей?

4. Изобразите индикаторные диаграммы четырехтактного и двухтактного двигателя; расскажите, как в обоих случаях происходит смена заряда. Назовите достоинства и недостатки обеих схем, области их применения

Тепловые электростанции

Типы электростанций страны и их роль в развитии энергетики страны. Классификация ТЭС.

Вопросы для самопроверки:

1. Каковы вид и значение графиков электрических и тепловых нагрузок ТЭС?

2. Каковы основные показатели экономичности ТЭС и пути их повышения?

3. Опишите основные разновидности ТЭС, их достоинства и недостатки.

4. Расскажите по принципиальной тепловой схеме об основных элементах ТЭС, ее агрегатах и системах (регенеративный подогрев воды, водоподготовка, водоснабжение и др.).

ОСНОВЫ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИИ ОТРАСЛИ НАРОДНОГО

ХОЗЯЙСТВА И ВТОРИЧНЫЕ ЭНЕРГОРЕСУРСЫ

Вторичные энергоресурсы

Общие положения и классификация ВЭР. Возможность исполнения ВЭР. Роль ВЭР в топливо- и теплопотреблении отрасли. Источники ВЭР отрасли и их использование. Причины недостаточного уровня использования ВЭР и экономия топлива за счет утилизации. Утилизированные установки, показатели их работы и влияние их на эффективность использования ВЭР.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К решению задач контрольного задания следует приступать только после изучения соответствующего раздела курса. Только сознательного (не «механическое») решение задачи приносит пользу и помогает закреплению знаний. Перед выполнением контрольной работы рекомендуется ознакомиться с ходом решения аналогичных задач по учебной литературе. Следует стараться запомнить и примерные значения параметров задачи (исходных и вычисленных) : они также содержат полезную информацию.

Контрольные задачи составлены по стовариантной (численной) системе, в которой к каждой задаче исходные данные выбираются из соответствующих таблиц по последней и предпоследней цифрам шифра (личного номера) студента-заочника. Вариант работы должен соответствовать номеру группы и шифру студента. Работы, выполненные не по своему варианту, не рассматриваются.

При выполнении контрольных задач необходимо соблюдать следующие условия: а) выписывать условие задачи и исходные данные; б) решение задач сопровождать кратким пояснительным текстом, в котором указать, какая величина определяется и по какой формуле, какие величины подставляются в формулу и откуда они берутся (из условия задачи, из справочника или были определены выше и т. д.) ; в) вычисления проводить в единицах СИ, показывать ход решения. После решения задачи нужно дать краткий анализ полученных результатов и сделать выводы. Всегда, если это возможно, нужно осуществлять контроль своих действий и оценивать достоверность полученных числовых данных; г) в конце работы привести список использованной литературы и поставить свою подпись; д) для письменных замечаний рецензента оставлять чистые поля в тетради и чистые 1-2 страницы в конце работы; е) исправления по замечанию рецензента должны быть записаны отдельно на чистых листах в той же тетради после заголовка «Исправления по замечаниям»; ж) работа, в которой вышеназванные пункты не выполнены, не проверяются.

ПЕРВАЯ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Задача 1.Считая теплоемкостьидеального газа зависящей от температуры, определим: параметры газа в начальном и конечном состояниях, изменение внутренней энергии, теплоту, участвующую в процессе, и работу расширения. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 1.

Указание. Зависимость теплоемкости от температуры дана в табл.1 приложения.

Таблица 1

Последняя цифра шифра Процесс t1,° С t2,°C Предпоследняя цифра шифра Газ Р1, МПа m, кг
Изохорный Изобарный Адиабатный Изохорный Изобарный Адиабатный Изохорный Изобарный Адиабатный Изобарный O2 N2 H2 N2 CO CO2 N2 H2 O2 CO

Задача 2.Плоская стальная стенка толщиной δ11= 40 Вт/мК) с одной стороны омывается газами; при этом коэффициент теплоотдачи равен α1. С другой стороны стенка изолирована от окружающего воздуха плотно прилегающей к ней пластиной толщиной δ2 (λ=0,15Вт/мК). Коэффициент теплоотдачи от пластины к воздуху равен α2. Определить тепловой поток q, Вт/м2 и температуры t1, t2 и t3 поверхностей стенок, если температура продуктов сгорания равна tг, а воздуха – tв. Данные для решения задачи выбрать из табл. 2.

Таблица 2

Последняя цифра шифра δ1, мм α1, Вт/(м2·К) tг, °С Предпоследняя цифра шифра δ2, мм α2, Вт/(м2·К) tв, °С
-5 -10 -20

Задача 3. Определить потери теплоты в единицу времени с 1 м длины горизонтально расположенной цилиндрической трубы, охлаждаемой свободным потоком воздуха, если температура стенки трубы tс, температура воздуха в помещении tв, а диаметр трубы d. Степень черноты трубы εс=0,9. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 3.

Таблица 3

Последняя цифра шифра d, мм Предпоследняя цифра шифра tс tв По след няя цифра шифра d, мм Предпоследняя цифра шифра tс tв
°С °С

 

Указание. Для определения коэффициента теплоотдачи α воспользоваться таблицей приложений.

 

Задача 4. Определить удельный лучистый тепловой поток q (в ваттах на квадратный метр) между двумя параллельно расположенными плоскими стенками, имеющими температуру t1 и t2 и степени (коэффициенты) черноты ε1 и ε2, если между ними нет экрана. Определить q при наличии экрана со степенью (коэффициентом) черноты εэ (с обеих сторон). Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 4.

Таблица 4

Последняя цифра шифра ε1 ε2 εэ Предпоследняя цифра шифра t1 t2
°С
0,5 0,55 0,6 0,52 0,58 0,62 0,7 0,65 0,75 0,8 0,6 0,52 0,7 0,72 0,74 0,54 0,58 0,62 0,73 0,77 0,04 0,045 0,05 0,02 0,03 0,025 0,032 0,055 0,06 0,023

 

Ответить на вопросы: Каковы основные различия в работе двухтактного и четырехтактного двигателей внутреннего сгорания? Каковы преимущества и недостатки каждого из них?

Задача 5. Газ- воздух с начальной температурой t1=27°C сжимается в одноступенчатом поршневом компрессоре от давления Р1=0,1 МПа до давления Р2. Сжатие может происходить по изотерме, по адиабате и по политропе с показателем политропы n. Определить для каждого из трех процессов сжатия конечную температуру газа t2; отведенную от газа теплоту Q, кВт, и теоретическую мощность компрессора, если его производительность G. Дать сводную таблицу и изображение процессов сжатия в p-v и Ts-диаграммах. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 5

Указания. Расчет провести без учета зависимости теплоемкости от температуры.

Таблица 5

Последняя цифра шифра n Предпоследняя цифра шифра P2,МПа 10-3·G, кг/ч
1,25 1,22 1,24 1,21 1,20 1,30 1,27 1,26 1,33 1,23 0,9 1,0 0,85 0,8 0,95 0,9 0,85 0,9 0,8 0,85 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2

 

Задача 6. Водяной пар с начальным давлением Р1=3 МПа и степенью сухости х1=0,95 поступает в пароперегреватель, где его температура повышается на Δt; после перегревателя пар изоэнтропно расширяется в турбине до давления Р2. Определить (по hs-диаграмме) количество теплоты (на 1 кг пара), подведенной к нему в пароперегревателе, работу цикла Ренкина и степень сухости пара x2 в конце расширения. Определить также термический КПД цикла. Определить работу цикла и конечную степень сухости, если после пароперегревателя пар дросселируется до давления Р1'. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 6.

Таблица 6

Последняя цифра шифра Δt, °С Предпоследняя цифра шифра Р2, кПа Р1', МПа Последняя цифра шифра Δt, °С Предпоследняя цифра шифра Р2, кПа Р1', МПа
3,0 3,5 4,0 4,5 4,0 0,50 0,48 0,46 0,44 0,42 3,5 3,0 3,5 4,0 4,5 0,40 0,38 0,36 0,34 0,32

 

ВТОРАЯ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Задача 1. Смесь, состоящая из М1 киломолей азота и М2 киломолей кислорода с начальными параметрами р1=1 МПа и Т2=1000 К расширяется до давления р2. Расширение может осуществляться по изотерме, адиабате и политропе с показателем n. Определить газовую постоянную смеси, ее массу и начальный объем, конечные параметры смеси, работу расширения и теплоту, участвующую в процессе.

Дать сводную таблицу результатов и анализ ее. Показать процессы в pv- и Ts – диаграммах. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.7.

Указание. Показатель адиабаты, а следовательно, и теплоемкости cp и cv следует принять постоянными, не зависящими от температуры.

Таблица 7

Последняя цифра шифра М1 М2 Предпоследняя цифра шифра р2, МПа n
кмоль
0,1 0,9 0,43 1,2
0,2 0,8 0,40 1,3
0,3 0,7 0,35 1,5
0,4 0,6 0,33 1,6
0,5 0,5 0,31 1,7
0,6 0,4 0,47 1,1
0,7 0,3 0,54 0,5
0,8 0,2 0,57 0,8
0,9 0,1 0,62 0,7
0,5 0,5 0,66 0,6

Задача 2.По горизонтально расположенной стальной трубе (λ=20 Вт/(м·К)) со скоростью w течет вода, имеющая температуру tв. Снаружи труба охлаждается окружающим воздухом, температура которого tвоз, давление 0,1 МПа. Определить коэффициенты теплоотдачи α1 и α2 соответственно от воды к стенке трубы и от стенки трубы к воздуху; коэффициент теплоотдачи и тепловой поток ql, отнесенный к 1 м длинны трубы, если внутренний диаметр трубы равен d1, внешний-d2. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.8.

Таблица 8

Последняя цифра шифра tв, °С 10·w, м/с Предпоследняя цифра шифра tвоз, °С d1 d2
мм
2,5 3,6 2,7 3,8 1,9 2,1 2,3 4,2 4,3 4,4

Ответить на вопросы: Какой режим течения внутри трубы в вашем варианте задачи? Какой режим движения окружающего трубу воздуха? Почему можно при расчете принять равенство температур t2 ≈ tв?

Указание. При определении коэффициента теплоотдачи использовать табл. 3 приложения.

Задача 3.Определить поверхность нагрева рекуперативного газовоздушного теплообменника при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей, если объемный расход нагреваемого воздуха при нормальных условиях Vн, средний коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к воздуху К, начальные и конечные температуры продуктов сгорания и воздуха соответственно t1', t1'', t2' и t2''. Данные необходимые для решения задачи, выбрать из табл.9.

Изобразить графики изменения температур теплоносителей для обоих случаев.

Таблица 9

Последняя цифра шифра 10-3·Vн, м3 К, Вт/(м2·К) Предпоследняя цифра шифра t1', °С t1'', °С t2', °С t2'', °С

 

Задача 4. 1 кг водяного пара с начальным давлением р1 и степенью сухости х1 изотермически расширяется; при этом к нему подводится теплота q. Определить, пользуясь hs – диаграммой, параметры конечного состояния пара, работу расширения, изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии. Решить также задачу, если расширение происходит изобарно. Изобразить в pv- и Ts- и hs – диаграммах. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл 10.

Таблица 10

Последняя цифра шифра р1, МПа x1 Предпоследняя цифра шифра q, кДж/кг
0,97
3,5 0,96
0,95
4,5 0,93
0,93
5,5 0,92
0,91
6,5 0,95
0,92
0,91

 

Задача 5. Определить потребную поверхность рекуперативного теплообменника, в котором вода нагревается горячими газами. Расчет произвести для прямоточной и противоточной схем. Привести график изменения температур для обеих схем движения. Значения температур газа t1’ и t1’’, воды t2 и t2’’, расхода воды М и коэффициента теплопередачи К выбрать из табл.11.

Таблица 11

Последняя цифра шифра t1’, 0С t1’’, 0С t2’, 0С t2’’, 0С Предпоследняя цифра шифра М, кг/с К, Вт/(м2К)
1,4
1,3
1,2
1,1
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5

 

Задача 6. Определить часовой расход пара D (килограммов в час) и удельный расход пара d (килограммов на киловатт-час) на конденсационную паровую турбину, работающую без регенерации теплоты, по заданной электрической мощности турбогенератора Nэл, давлению p1 и температуре t1 перегретого пара перед турбиной и относительному внутреннему КПД турбины ηoi. Давление пара в конденсаторе принять p2 = 4 кПа. Механический КПД турбины ηм, и КПД электрогенератора ηэ принять ηм= ηэ=0.99. Определить также степень сухости пара в конце теоретического и действительного процессов расширения (изобразив процессы в h-s – диаграмме) и абсолютный электрический КПД турбогенератора. Мощностью привода питательного насоса пренебречь. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.12.

Таблица 12

Последняя цифра шифра Nэл,МВт ηoi Предпоследняя цифра шифра p1, МПа t1, °С
0,76 8,5
0,77 9,5
0,79 9,2
0,81
0,83
0,85
0,84
0,82
0,80 8,6
0,86 9,0

 

Изобразить схему ПСУ и дать ее краткое описание. Объяснить, как влияют начальные и конечные параметры пара на КПД цикла Ренкина, а также на степень сухости пара в конце расширения (x2). Указать, каковы минимально допустимые значения x2 и почему?

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

1. Мольные теплоемкости газов по данным молекулярно-кинетической теории, кДж/(моль* К)

Газы µcv µcp
Одноатомные 12.5 20.8
Двухатомные 20.8 29.1
Трёх- и многоатомные 29.1 37.4

 

2. Средние изобарные мольные теплоемкости некоторых газов кДж/(моль* К)

t, °C Воздух Кислород О2 Азот N2 Водород Н2 Водяной пар Н2О Окись углерода СО Углекислый газ СО2
29,073 29,274 29,115 28,617 33,499 29,123 35,860
29,153 29,538 29,144 29,935 33,741 29,178 38,112
29,299 29,931 29,228 29,073 34,188 29,303 40,059
29,521 30,400 29,383 29,123 34,575 29,517 41,755
29,789 30,878 29,601 29,168 35,090 29,789 43,250
30,095 31,334 29,864 29,249 35,630 30,099 44,573
30,405 31,761 30,149 29,316 36,195 30,426 45,758
30,723 32,150 30,451 29,408 36,789 30,752 46,813
31,028 32,502 30,748 29,517 37,392 31,070 47,763
31,321 32,825 31,037 29,647 38,008 31,376 48,617
31,598 33,118 31,313 29,789 38,619 31,665 49,392
32,109 33,633 31,828 30,107 39,825 32,192 50,740
32,565 34,076 32,293 30,467 40,976 32,653 51,858
32,967 34,474 32,699 30,832 42,056 33,051 52,800
33,319 34,834 33,055 31,192 43,070 33,402 53,604
33,641 35,169 33,373 31,548 43,995 33,708 54,290
33,296 35,483 33,658 31,891 44,853 33,980 54,881
34,185 35,785 33,909 32,222 45,645 34,223 55,391

 

3. Физические параметры сухого воздуха при давлении 101.3 кПа

t, °C 102 * λ, Вт/(м К) 10* v, м2 Pr
2,44 13,28 0,707
3,21 23,13 0,688
3,94 34,85 0,680
4,60 48,33 0,674
5,21 63,09 0,678
5,75 79,38 0,687
6,23 96,89 0,699
6,71 115,4 0,706
7,19 134,8 0,713
7,64 155,1 0,717
8,08 177,1 0,719

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Теоретические основы теплотехники. И. А. Прибытков, И. А. Левицкий; Ред. И. А. Прибытков; под ред. И. А. Прибыткова. - Академия: М., 2004.

2. Теплотехника. Под ред. Баскакова А.П. Москва.: Энергоатомиздат, 1991, 244 с.

3. Техническая термодинамика. Теплопередача : учеб. для неэнерг. спец. втузов / Борис Николаевич Юдаев. -Высш. шк. : М., 1988.

4. Теплотехника : учеб. пособие для нетеплоэнерг. спец. вузов / Моисей Михайлович Хазен; Под ред. Г. А. Матвеева. - Высш. шк. : М., 1981.

5. Теплопередача. Исаченко, В.П. В.П.Исаченко, В.А.Осипова, А.С. Сукомел. – М.: Энергоиздат, 1981.- 416 с.

6. Кириллин, В.А. Техническая термодинамика / В.А. Кириллин, В.В. Сычев, А.Е. Шейндлин. - М.: Наука, 1979. – 512 с.

7. Теплотехника / Н.Н. Лариков. – М.: Стройиздат, 1985. – 432 с.

8. Основы теплопередачи / М.А.Михеев, И.М.Михеева.– М.: Энергия, 1977. - 344 с.





Рекомендуемые страницы:


Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-17; Просмотров: 594; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2019 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.018 с.) Главная | Обратная связь